Весной 1991 года компания Intel завершает разработку первой макетной версии шины PCI. Перед инженерами была поставлена задача разработать недорогое и производительное решение, которое позволило бы реализовать возможности процессоров 486, Pentium и Pentium Pro. Кроме того, было необходимо учесть ошибки, допущенные VESA при проектировании шины VLB (электрическая нагрузка не позволяла подключать более 3 плат расширения), а также реализовать автоматическую настройку устройств.

В 1992 году появляется первая версия шины PCI, Intel объявляет, что стандарт шины будет открытым, и создаёт PCI Special Interest Group. Благодаря этому любой заинтересованный разработчик получает возможность создавать устройства для шины PCI без необходимости приобретения лицензии. Первая версия шины имела тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32- или 64-битной, а устройства могли работать с сигналами в 5 В или 3,3 В. Теоретически пропускная способность шины 133 Мбайт/с, однако в реальности пропускная способность составляла около 80 Мбайт/с.

Основные характеристики:

• частота шины - 33,33 или 66,66 МГц, передача синхронная;
• разрядность шины - 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);
• пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц - 133 Мбайт/с;
• адресное пространство памяти - 32 бита (4 байта);
• адресное пространство портов ввода-вывода - 32 бита (4 байта);
• конфигурационное адресное пространство (для одной функции) - 256 байт;
• напряжение - 3,3 или 5 В.

Фото разъемов:

MiniPCI - 124 pin
MiniPCI Express MiniSata/mSATA - 52 pin
Apple MBA SSD, 2012
Apple SSD, 2012
Apple PCIe SSD
MXM, Graphics Card, 230 / 232 pin
MXM2 NGIFF 75 pins KEY A PCIe x2 KEY B PCIe x4 Sata SMBus
MXM3, Graphics Card, 314 pin
PCI 5V
PCI Universal
PCI-X 5v
AGP Universal
AGP 3.3 v
AGP 3.3 v + ADS Power
PCIe x1
PCIe x16
Custom PCIe
ISA 8bit
ISA 16bit
eISA
VESA
NuBus
PDS
PDS
Apple II / GS Expasion slot
PC/ XT / AT expasion bus 8 bit
ISA (industry standard architecture) - 16 bit
eISA
MBA - Micro Bus architecture 16 bit
MBA - Micro Bus architecture с видео 16 bit
MBA - Micro Bus architecture 32 bit
MBA - Micro Bus architecture с видео 32 bit
ISA 16 + VLB (VESA)
Processor Direct Slot PDS
601 Processor Direct Slot PDS
LC Processor Direct Slot PERCH
NuBus
PCI (Peripheral Computer Interconnect) - 5v
PCI 3.3v
CNR (Communications / network Riser)
AMR (Audio / Modem Riser)
ACR (Advanced communication Riser)
PCI-X (Периферийный PCI) 3.3v
PCI-X 5v
PCI 5v + RAID option - ARO
AGP 3.3v
AGP 1.5v
AGP Universal
AGP Pro 1.5v
AGP Pro 1.5v+ADC power
PCIe (peripheral component interconnect express) x1
PCIe x4
PCIe x8
PCIe x16

PCI 2.0

Первая версия базового стандарта, получившая широкое распространение, использовались как карты, так и слоты с сигнальным напряжением только 5 вольт. Пиковая пропускная способность - 133 Мбайт/с.

PCI 2.1 - 3.0

Отличались от версии 2.0 возможностью одновременной работы нескольких шинных задатчиков (англ. bus-master, т. н. конкурентный режим), а также появлением универсальных карт расширения, способных работать как в слотах, использующих напряжение 5 вольт, так и в слотах, использующих 3,3 вольта (с частотой 33 и 66 МГц соответственно). Пиковая пропускная способность для 33 МГц - 133 Мбайт/с, а для 66 МГц - 266 Мбайт/с.

• Версия 2.1 - работа с картами, рассчитанными на напряжение 3,3 вольта, и наличие соответствующих линий питания являлись опциональными.
• Версия 2.2 - сделанные в соответствии с этими стандартами карты расширения имеют универсальный ключ разъёма по питанию и способны работать во многих более поздних разновидностях слотов шины PCI, а также, в некоторых случаях, и в слотах версии 2.1.
• Версия 2.3 - несовместима с картами PCI, рассчитанными на использование 5 вольт, несмотря на продолжающееся использование 32-битных слотов с 5-вольтовым ключом. Карты расширения имеют универсальный разъём, но не способны работать в 5-вольтовых слотах ранних версий (до 2.1 включительно).
• Версия 3.0 - завершает переход на карты PCI 3,3 вольт, карты PCI 5 вольт больше не поддерживаются.

PCI 64

Расширение базового стандарта PCI, появившееся в версии 2.1, удваивающее число линий данных, и, следовательно, пропускную способность. Слот PCI 64 является удлинённой версией обычного PCI-слота. Формально совместимость 32-битных карт с 64-битным слотами (при условии наличия общего поддерживаемого сигнального напряжения) полная, а совместимость 64-битной карты с 32-битным слотами является ограниченной (в любом случае произойдёт потеря производительности). Работает на тактовой частоте 33 МГц. Пиковая пропускная способность - 266 Мбайт/с.

• Версия 1 - использует слот PCI 64-бита и напряжение 5 вольт.
• Версия 2 - использует слот PCI 64-бита и напряжение 3,3 вольта.

PCI 66

Версия PCI 66 является работающим на тактовой частоте 66 МГц развитием PCI 64; использует напряжение 3,3 вольта в слоте; карты имеют универсальный, либо форм-фактор на 3,3 В. Пиковая пропускная способность - 533 Мбайт/с.

PCI 64/66

Комбинация PCI 64 и PCI 66 позволяет вчетверо увеличить скорость передачи данных по сравнению с базовым стандартом PCI; использует 64-битные 3,3-вольтовые слоты, совместимые только с универсальными, и 3,3-вольтовые 32-битные карты расширения. Карты стандарта PCI64/66 имеют либо универсальный (но имеющий ограниченную совместимость с 32-битными слотами), либо 3,3-вольтовый форм-фактор (последний вариант принципиально не совместим с 32-битными 33-мегагерцовыми слотами популярных стандартов). Пиковая пропускная способность - 533 Мбайт/с.

PCI-X

PCI-X 1.0 - расширение шины PCI64 с добавлением двух новых частот работы, 100 и 133 МГц, а также механизма раздельных транзакций для улучшения производительности при одновременной работе нескольких устройств. Как правило, обратно совместима со всеми 3.3В и универсальными PCI-картами. PCI-X карты обычно выполняются в 64-бит 3,3 В формате и имеют ограниченную обратную совместимость со слотами PCI64/66, а некоторые PCI-X карты - в универсальном формате и способны работать (хотя практической ценности это почти не имеет) в обычном PCI 2.2/2.3. В сложных случаях для того, чтобы быть полностью уверенным в работоспособности комбинации из материнской платы и карты расширения, надо посмотреть таблицы совместимости (compatibility lists) производителей обоих устройств.

PCI-X 2.0

PCI-X 2.0 - дальнейшее расширение возможностей PCI-X 1.0; добавлены частоты 266 и 533 МГц, а также - коррекция ошибок чётности при передаче данных (ECC ). Допускает расщепление на 4 независимых 16-битных шины, что применяется исключительно во встраиваемых и промышленных системах ; сигнальное напряжение снижено до 1,5 В, но сохранена обратная совместимость разъёмов со всеми картами, использующими сигнальное напряжение 3,3 В. В настоящее время для не профессионального сегмента рынка высокопроизводительных компьютеров (мощных рабочих станций и серверов начального уровня), в которых находит применение шина PCI-X, выпускается крайне мало материнских плат с поддержкой шины. Примером материнской платы для такого сегмента является ASUS P5K WS. В профессиональном сегменте применяется в RAID-контроллерах, в SSD-накопителях под PCI-E.

Mini PCI

Форм-фактор PCI 2.2, предназначен для использования, в основном, в ноутбуках.

PCI Express

PCI Express, или PCIe, или PCI-E (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X и PXI ) - компьютерная шина (хотя на физическом уровне шиной не является, будучи соединением типа «точка-точка»), использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол , основанный на последовательной передаче данных . Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel после отказа от шины InfiniBand. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.Развитием стандарта PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group.

В отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда . Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

• горячая замена карт;
• гарантированная полоса пропускания (QoS );
• управление энергопотреблением;
• контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X . Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах.

• MiniCard (Mini PCIe ) - замена форм-фактора Mini PCI . На разъём Mini Card выведены шины: x1 PCIe, 2.0 и SMBus.
  • M.2 - вторая версия Mini PCIe, до x4 PCIe и SATA.
• ExpressCard - подобен форм-фактору PCMCIA . На разъём ExpressCard выведены шины x1 PCIe и USB 2.0, карты ExpressCard поддерживают горячее подключение.
• AdvancedTCA , MicroTCA - форм-фактор для модульного телекоммуникационного оборудования.
  
• Mobile PCI Express Module (MXM) - промышленный форм-фактор, созданный для ноутбуков фирмой NVIDIA . Его используют для подключения графических ускорителей.
• Кабельные спецификации PCI Express позволяют доводить длину одного соединения до десятков метров, что делает возможным создание ЭВМ, периферийные устройства которой находятся на значительном удалении.
  
• StackPC - спецификация для построения наращиваемых компьютерных систем. Данная спецификация описывает разъёмы расширения StackPC , FPE и их взаимное расположение.

Несмотря на то, что стандарт допускает x32 линий на порт, такие решения физически достаточно громоздки и не выпускаются.

Год выпуска	Версия PCI Express	Кодирование	Скорость передачи	Пропускная способность на x линий
				×1	×2	×4	×8	×16
2002	1.0	8b/10b	2,5 ГТ/с	2	4	8	16	32
2007	2.0	8b/10b	5 ГТ/с	4	8	16	32	64
2010	3.0	128b/130b	8 ГТ/с	~7,877	~15,754	~31,508	~63,015	~126,031
2017	4.0	128b/130b	16 ГТ/с	~15,754	~31,508	~63,015	~126,031	~252,062
2019	5.0	128b/130b	32 ГТ/с	~32	~64	~128	~256	~512

PCI Express 2.0

Группа PCI-SIG выпустила спецификацию PCI Express 2.0 15 января 2007 года . Основные нововведения в PCI Express 2.0:

• Увеличенная пропускная способность: ПСП одной линии 500 МБ/с, или 5 ГТ/с (Гигатранзакций/с ).
• Внесены усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель.
• Динамическое управление скоростью (для управления скоростью работы связи).
• Оповещение о пропускной способности (для оповещения ПО об изменениях скорости и ширины шины).
• Службы управления доступом - опциональные возможности управления транзакциями точка-точка.
• Управление таймаутом выполнения.
• Сброс на уровне функций - опциональный механизм для сброса функций (англ. PCI functions) внутри устройства (англ. PCI device).
• Переопределение предела по мощности (для переопределения лимита мощности слота при присоединении устройств, потребляющих бо́льшую мощность).

PCI Express 2.0 полностью совместим с PCI Express 1.1 (старые будут работать в системных платах с новыми разъемами, но только на скорости 2,5 ГТ/с, так как старые чипсеты не могут поддерживать удвоенную скорость передачи данных; новые видеоадаптеры будут без проблем работать в старых разъемах стандарта PCI Express 1.х.).

PCI Express 2.1

По физическим характеристикам (скорость, разъём) соответствует 2.0, в программной части добавлены функции, которые в полной мере планируют внедрить в версии 3.0. Так как большинство системных плат продаются с версией 2.0, наличие только видеокарты с 2.1 не даёт задействовать режим 2.1.

PCI Express 3.0

В ноябре 2010 года были утверждены спецификации версии PCI Express 3.0. Интерфейс обладает скоростью передачи данных 8 GT/s (Гигатранзакций/с ). Но, несмотря на это, его реальная пропускная способность всё равно была увеличена вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Этого удалось достигнуть благодаря более агрессивной схеме кодирования 128b/130b, когда 128 бит данных, пересылаемых по шине, кодируются 130 битами. При этом сохранилась полная совместимость с предыдущими версиями PCI Express. Карты PCI Express 1.x и 2.x будут работать в разъёме 3.0 и, наоборот, карта PCI Express 3.0 будет работать в разъёмах 1.х и 2.х.

PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) заявила, что PCI Express 4.0 может быть стандартизирован до конца 2016 года, однако на середину 2016 года, когда ряд чипов уже готовился к изготовлению, СМИ сообщали, что стандартизация ожидается в начале 2017. Ожидается, что он будет иметь пропускную способность 16 GT/s, то есть будет в два раза быстрее PCIe 3.0.

Оставьте свой комментарий!

#PCI_Express

Последовательная шина PCI Express, разработанная Intel и ее партнерами, призвана заменить параллельнуrю шину PCI и ее расширенный и специализированный вариант AGP. Несмотря на похожие наименования, шины PCI и PCI Express имеют мало общего. Протокол параллельной передачи данных, используемый в PCI, накладывает ограничения на ширину полосы пропускания и частоту работы шины; последовательная передача данных, примененная в PCI Express, обеспечивает возможность масштабирования (в спецификациях описываются реализации PCI Express 1x, 2x, 4x, 8x, 16x и 32x). На данный момент актуальной является версия шины с индексом 3.0

PCI-E 3.0

В ноябре 2010 года организация PCI-SIG, которая занимается стандартизацией технологии PCI Express, объявила о принятии спецификации PCIe Base 3.0.
Ключевым отличием от предыдущих двух версий PCIe можно считать измененную схему кодирования - теперь вместо 8 бит полезной информации из 10 бит переданной (8b/10b), по шине можно передать 128 бит полезной информации из 130 бит отправленной, т.е. коэффициент полезной нагрузки практически приблизился к 100%. Кроме того, увеличилась скорость передачи данных до 8 GT/s. Напомним, что это значение для PCIe 1.x составляло 2.5 GT/s, а для PCIe 2.x - 5 GT/s.
Все вышеперечисленные изменения привели к удвоению пропускной способности шины, по сравнению с шиной PCI-E 2.x. Это значит, что общая пропускная способность шины PCIe 3.0 в конфигурации 16x будет достигать 32 Гб/с. Первыми процессорами, которые были оснащены контроллером PCIe 3.0, стали процессоры Intel, созданные на основе микроархитектуры Ivy Bridge.

Несмотря на увеличившуюся более чем в три раза пропускную способность PCI-E 3.0 по сравнению с PCI-E 1.1, производительность одних и тех же видеокарт при использовании разных интерфейсов отличается не сильно. В таблице ниже представлены результаты тестов GeForce GTX 980 в разных тестах. Измерения проводились при одних графических настройках, в одной конфигурации Версия шины PCI-E изменялась в настройках BIOS.

PCI Express 3.0 по-прежнему сохраняет обратную совместимость с предыдущими версиями PCIe.

PCI-E 2.0

В 2007 году была принята новая спецификация шины PCI Express - 2.0, главное отличие которой заключается в удвоенной пропускной способности каждой линии передачи в каждом направлении, т.е. в случае с самой популярной версии PCI-E 16x, применяемой в видеокартах, пропускная способность составляет 8Гб/cек в каждом направлении. Первым чипсетом с поддержкой PCI-E 2.0 стал Intel X38.

PCI-E 2.0 полностью обратно совместим с PCI-E 1.0, т.е. все существующие устройства с интерфейсом PCI-E 1.0 могут работать в слотах PCI-E 2.0 и наоборот.

PCI-E 1.1

Первая версия интерфейса PCI Express, появившаяся в 2002 году. Обеспечивала пропускную способность 500 МБ/с на одну линию.

Сравнение скорости работы различных поколений PCI-E

Шина PCI работает на частоте 33 или 66 МГц и обеспечивает пропускную способность 133 или 266 Мб/сек, но эта пропускная способность делится между всеми устройствами PCI. Частота, на которой работает шина PCI Express 1.1 - 2.5 ГГц, что дает пропускную способность 2500 МГц / 10 * 8 = 250 * 8 Мбит/сек = 250 Мб/сек (из-за избыточного кодирования для передачи 8 бит данных реально передается 10 бит информации) для каждого устройства PCI Express 1.1 x1 в одном направлении. При наличии нескольких линий для вычисления пропускной способности величину 250 Мб/сек надо умножить на число линий и на 2, т.к. PCI Express является двунаправленной шиной.

Число линий PCI Express 1.1	Пропускная способность в одном направлении	Суммарная пропускная способность
1	250 МБ/сек	500 МБ/сек
2	500 Мб/сек	1 ГБ/сек
4	1 ГБ/сек	2 ГБ/сек
8	2 ГБ/сек	4 ГБ/сек
16	4 ГБ/сек	8 ГБ/сек
32	8 ГБ/сек	16 ГБ/сек

Обратите внимание! Не следует пытаться установить плату PCI Express в слот PCI, и, наоборот, платы PCI не устанавливаются в слоты PCI Express. Тем не менее, плата PCI Express 1x, например, может быть установлена и, скорее всего, будет нормально функционировать в слоте PCI Express 8x или 16x, но не наоборот: плата PCI Express 16x в слот PCI Express 1x не влезет.

Если спросить, какой интерфейс следует использовать для твердотельного накопителя с поддержкой протокола NVMe, то любой человек (вообще знающий, что такое NVMe) ответит: конечно PCIe 3.0 x4! Правда, с обоснованием у него, скорее всего, возникнут сложности. В лучшем случае получим ответ, что такие накопители поддерживают PCIe 3.0 x4, а пропускная способность интерфейса имеет значение. Иметь-то имеет, однако все разговоры об этом начались только тогда, когда некоторым накопителям на некоторых операциях стало тесно в рамках «обычного» SATA. Но ведь между его 600 МБ/с и (столь же теоретическими) 4 ГБ/с интерфейса PCIe 3.0 x4 - просто пропасть, причем заполненная массой вариантов! А вдруг и одной линии PCIe 3.0 хватит, поскольку это уже в полтора раза больше SATA600? Масла в огонь подливают производители контроллеров, грозящиеся в бюджетной продукции перейти на PCIe 3.0 x2, а также тот факт, что у многих пользователей и такого-то нет. Точнее, теоретически есть, но высвободить их можно, лишь переконфигурировав систему или даже что-то в ней поменяв, чего делать не хочется. А вот купить топовый твердотельный накопитель - хочется, но есть опасения, что пользы от этого не будет совсем никакой (даже морального удовлетворения от результатов тестовых утилит).

Но так это или нет? Иными словами, нужно ли действительно ориентироваться исключительно на поддерживаемый режим работы - или все-таки на практике можно поступиться принципами ? Именно это мы сегодня и решили проверить. Пусть проверка будет быстрой и не претендующей на исчерпывающую полноту, однако полученной информации должно оказаться достаточно (как нам кажется) хотя бы для того, чтобы задуматься... А пока вкратце ознакомимся с теорией.

PCI Express: существующие стандарты и их пропускная способность

Начнем с того, что́ представляет собой PCIe и с какой скоростью этот интерфейс работает. Часто его называют «шиной», что несколько неверно идеологически: как таковой шины, с которой соединены все устройства, нет. На деле имеется набор соединений «точка-точка» (похожий на многие другие последовательные интерфейсы) с контроллером в середине и присоединенными к нему устройствами (каждое из которых само по себе может быть и концентратором следующего уровня).

Первая версия PCI Express появилась почти 15 лет назад. Ориентация на использование внутри компьютера (нередко - и в пределах одной платы) позволила сделать стандарт скоростным: 2,5 гигатранзакции в секунду. Поскольку интерфейс последовательный и дуплексный, одна линия PCIe (x1; фактически атомарная единица) обеспечивает передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. Однако в каждом направлении - лишь половина от этого, т. е. 2,5 Гбит/с, причем это полная скорость интерфейса, а не «полезная»: для повышения надежности каждый байт кодируется 10 битами, так что теоретическая пропускная способность одной линии PCIe 1.x составляет примерно 250 МБ/с в каждую сторону. На практике нужно еще передавать служебную информацию, и в итоге правильнее говорить о ≈200 МБ/с передачи пользовательских данных. Что, впрочем, на тот момент времени не только покрывало потребности большинства устройств, но и обеспечивало солидный запас: достаточно вспомнить, что предшественница PCIe в сегменте массовых системных интерфейсов, а именно шина PCI, обеспечивала пропускную способность в 133 МБ/с. И даже если рассматривать не только массовую реализацию, но и все варианты PCI, то максимумом были 533 МБ/с, причем на всю шину, т. е. такая ПС делилась на все подключенные к ней устройства. Здесь же 250 МБ/с (поскольку и для PCI приводится обычно полная, а не полезная пропускная способность) на одну линию - в монопольном использовании. А для устройств, которым нужно больше, изначально была предусмотрена возможность агрегирования нескольких линий в единый интерфейс, по степеням двойки - от 2 до 32, т. е. предусмотренный стандартом вариант х32 в каждую сторону мог передавать уже до 8 ГБ/с. В персональных компьютерах х32 не использовался из-за сложности создания и разведения соответствующих контроллеров и устройств, так что максимумом стал вариант с 16 линиями. Использовался он (да и сейчас используется) в основном видеокартами, поскольку большинству устройств столько не требуется. Вообще, немалому их количеству и одной линии вполне достаточно, но некоторые применяют с успехом и х4, и х8: как раз по накопительной теме - RAID-контроллеры или SSD.

Время на месте не стояло, и около 10 лет назад появилась вторая версия PCIe. Улучшения касались не только скоростей, но и в этом отношении был сделан шаг вперед - интерфейс начал обеспечивать 5 гигатранзакций в секунду с сохранением той же схемы кодирования, т. е. пропускная способность удвоилась. И еще раз она удвоилась в 2010 году: PCIe 3.0 обеспечивает 8 (а не 10) гигатранзакций в секунду, но избыточность уменьшилась - теперь для кодирования 128 бит используется 130, а не 160, как ранее. В принципе, и версия PCIe 4.0 с очередным удвоением скоростей уже готова появиться на бумаге, но в ближайшее время в железе мы ее массово вряд ли увидим. На самом деле и PCIe 3.0 до сих пор в массе платформ используется совместно с PCIe 2.0, потому что и производительность последней для многих сфер применения просто... не нужна. А где нужна - работает старый добрый метод агрегации линий. Только каждая из них стала за прошедшие годы вчетверо быстрее, т. е. PCIe 3.0 х4 - это PCIe 1.0 x16, самый быстрый слот в компьютерах середины нулевых. Именно этот вариант поддерживают топовые контроллеры SSD, и именно его рекомендуется использовать. Понятно, что если такая возможность есть - много не мало. А если ее нет? Будут ли возникать какие-то проблемы, и если да, то какие? Вот с этим-то вопросом нам и предстоит разобраться.

Методика тестирования

Провести тесты с разными версиями стандарта PCIe несложно: практически все контроллеры позволяют использовать не только поддерживаемый ими, но и все более ранние. Вот с количеством линий - сложнее: нам хотелось непосредственно протестировать и варианты с одной-двумя линиями PCIe. Используемая нами обычно плата Asus H97-Pro Gamer на чипсете Intel H97 полного набора не поддерживает, но кроме «процессорного» слота х16 (который обычно и используется) на ней есть еще один, работающий в режимах PCIe 2.0 х2 или х4. Вот этой тройкой мы и воспользовались, добавив к ней еще и режим PCIe 2.0 «процессорного» слота, дабы оценить, есть ли разница. Все-таки в этом случае между процессором и SSD посторонних «посредников» нет, а вот при работе с «чипсетным» слотом - есть: собственно чипсет, фактически соединяющийся с процессором тем же PCIe 2.0 x4. Можно было добавить еще несколько режимов работы, но основную часть исследования мы все равно собирались провести на другой системе.

Дело в том, что мы решили воспользоваться случаем и заодно проверить одну «городскую легенду», а именно поверие о полезности использования топовых процессоров для тестирования накопителей. Вот и взяли восьмиядерный Core i7-5960X - родственника обычно применяемого в тестах Core i3-4170 (это Haswell и Haswell-E), но у которого ядер в четыре раза больше. Кроме того, обнаруженная в закромах плата Asus Sabertooth X99 нам сегодня полезна наличием слота PCIe x4, на деле способного работать как х1 или х2. В этой системе мы протестировали три варианта х4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) от процессора и чипсетные PCIe 1.0 х1, PCIe 1.0 х2, PCIe 2.0 х1 и PCIe 2.0 х2 (во всех случаях чипсетные конфигурации отмечены на диаграммах значком (c) ). Есть ли смысл сейчас обращаться к первой версии PCIe, с учетом того, что вряд ли найдется хоть одна плата с поддержкой только этой версии стандарта, способная загрузиться с NVMe-устройства? С практической точки зрения - нет, а вот для проверки априори предполагаемого соотношения PCIe 1.1 х4 = PCIe 2.0 х2 и подобных оно нам пригодится. Если проверка покажет, что масштабируемость шины соответствует теории, значит, и неважно, что нам не удалось пока получить практически значимые способы подключения PCIe 3.0 x1/х2: первый будет идентичен как раз PCIe 1.1 х4 или PCIe 2.0 х2, а второй - PCIe 2.0 х4. А они у нас есть.

В плане ПО мы ограничились только Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: разнообразные низкоуровневые характеристики накопителей она измеряет неплохо, а ничего другого нам и не нужно. Даже наоборот: любое влияние других компонентов системы является крайне нежелательным, так что низкоуровневая синтетика для наших целей безальтернативна.

В качестве «рабочего тела» мы использовали Patriot Hellfire емкостью 240 ГБ . Как было установлено при его тестировании, это не рекордсмен по производительности, но его скоростные характеристики вполне соответствуют результатам лучших SSD того же класса и той же емкости. Да и более медленные устройства на рынке уже есть, причем их будет становиться все больше. В принципе, можно будет повторить тесты и с чем-нибудь более быстрым, однако, как нам кажется, необходимости в этом нет - результаты предсказуемы. Но не станем забегать вперед, а посмотрим, что же у нас получилось.

Результаты тестов

Тестируя Hellfire, мы обратили внимание на то, что максимальную скорость на последовательных операциях из него можно «выжать» лишь многопоточной нагрузкой, так что это тоже надо принимать во внимание на будущее: теоретическая пропускная способность на то и теоретическая, что «реальные» данные, полученные в разных программах по разным сценариям, будут больше зависеть не от нее, а от этих самых программ и сценариев - в том случае, конечно, когда не помешают обстоятельства непреодолимой силы:) Как раз такие обстоятельства мы сейчас и наблюдаем: выше уже было сказано, что PCIe 1.x x1 - это ≈200 МБ/с, и именно это мы и видим. Две линии PCIe 1.x или одна PCIe 2.0 - вдвое быстрее, и именно это мы и видим. Четыре линии PCIe 1.x, две PCIe 2.0 или одна PCIe 3.0 - еще вдвое быстрее, что подтвердилось для первых двух вариантов, так что и третий вряд ли будет отличаться. То есть в принципе масштабируемость, как и предполагалось, идеальная: операции линейные, флэш с ними справляется хорошо, так что интерфейс имеет значение. Флэш перестает справляться хорошо на PCIe 2.0 x4 для записи (значит, подойдет и PCIe 3.0 x2). Чтение «может» больше, но последний шаг дает уже полутора-, а не двукратный (каким он потенциально должен быть) прирост. Также отметим, что заметной разницы между чипсетным и процессорным контроллером нет, да и между платформами тоже. Впрочем, LGA2011-3 немного впереди, но на самую малость.

Все ровно и красиво. Но шаблоны не рвет : максимум в этих тестах составляет лишь немногим больше 500 МБ/с, а это вполне по силам даже SATA600 или (в приложении к сегодняшнему тестированию) PCIe 1.0 х4 / PCIe 2.0 х2 / PCIe 3.0 х1 . Именно так: не стоит пугаться выпуску бюджетных контроллеров под PCIe х2 или наличию лишь такого количества линий (причем версии стандарта 2.0) в слотах М.2 на некоторых платах, когда больше-то и не нужно. Иногда и столько не нужно: максимальные результаты достигнуты при очереди в 16 команд, что для массового ПО не типично. Чаще встречается очередь с 1-4 командами, а для этого обойтись можно и одной линией самого первого PCIe и даже самым первым SATA. Впрочем, накладные расходы и прочее имеют место быть, так что быстрый интерфейс полезен. Однако излишне быстрый - разве что не вреден.

А еще в этом тесте по-разному ведут себя платформы, причем с единичной очередью команд - принципиально по-разному. «Беда» вовсе не в том, что много ядер - плохо. Они тут все равно не используются, разве что одно, и не настолько, чтоб вовсю развернулся буст-режим. Вот и имеем разницу где-то в 20% по частоте ядер и полтора раза по кэш-памяти - она в Haswell-E работает на более низкой частоте, а не синхронно с ядрами. В общем, топовая платформа может пригодиться разве что для вышибания максимума «йопсов» посредством максимально многопоточного режима с большой глубиной очереди команд. Жаль только, что с точки зрения практической работы это совсем уж сферическая синтетика в вакууме:)

На записи положение дел принципиально не изменилось - во всех смыслах. Но, что забавно, на обеих системах самым быстрым оказался режим PCIe 2.0 х4 в «процессорном» слоте. На обеих! И при многократных проверках/перепроверках. Тут уж поневоле задумаешься, нужны ли эти ваши новые стандарты или лучше вообще никуда не торопиться...

При работе с блоками разного размера теоретическая идиллия разбивается о то, что повышение скорости интерфейса все же имеет смысл. Результирующие цифры такие, что хватило бы пары линий PCIe 2.0, но реально в таком случае производительность ниже, чем у PCIe 3.0 х4, пусть и не в разы. И вообще тут бюджетная платформа топовую «забивает» в куда большей степени. А ведь как раз такого рода операции в основном в прикладном ПО и встречаются, т. е. эта диаграмма - наиболее приближенная к реальности. В итоге нет ничего удивительного, что никакого «вау-эффекта» толстые интерфейсы и модные протоколы не дают. Точнее, переходящему с механики - дадут, но ровно такой же, какой ему обеспечит любой твердотельный накопитель с любым интерфейсом.

Итого

Для облегчения восприятия картины по больнице в целом мы воспользовались выдаваемым программой баллом (суммарным - по чтению и записи), проведя его нормирование по «чипсетному» режиму PCIe 2.0 x4: на данный момент именно он является наиболее массово доступным, поскольку встречается даже на LGA1155 или платформах AMD без необходимости «обижать» видеокарту. Кроме того, он эквивалентен PCIe 3.0 x2, который готовятся освоить бюджетные контроллеры. Да и на новой платформе AMD АМ4, опять же, именно этот режим как раз можно получить без влияния на дискретную видеокарту.

Итак, что мы видим? Применение PCIe 3.0 x4 при наличии возможности является, безусловно, предпочтительным, но не необходимым: NVMe-накопителям среднего класса (в своем изначально топовом сегменте) он приносит буквально 10% дополнительной производительности. Да и то - за счет операций в общем-то не столь уж часто встречающихся на практике. Для чего же в данном случае реализован именно этот вариант? Во-первых, была такая возможность, а запас карман не тянет. Во-вторых, есть накопители и побыстрее, чем наш тестовый Patriot Hellfire. В-третьих, есть такие области деятельности, где «атипичные» для настольной системы нагрузки - как раз вполне типичные. Причем именно там наиболее критично быстродействие системы хранения данных или, по крайней мере, возможность сделать ее часть очень быстрой. Но к обычным персональным компьютерам это все не относится.

В них, как видим, и использование PCIe 2.0 x2 (или, соответственно, PCIe 3.0 х1) не приводит к драматическому снижению производительности - лишь на 15-20%. И это несмотря на то, что потенциальные возможности контроллера в этом случае мы ограничили в четыре раза! Для многих операций и такой пропускной способности достаточно. Вот одной линии PCIe 2.0 уже недостаточно, поэтому контроллерам имеет смысл поддерживать именно PCIe 3.0 - и в условиях жесткой нехватки линий в современной системе это будет работать неплохо. Кроме того, полезна ширина х4 - даже при отсутствии поддержки современных версий PCIe в системе она все равно позволит работать с нормальной скоростью (пусть и медленнее, чем могло бы потенциально), если найдется более-менее широкий слот.

В принципе, большое количество сценариев, в которых узким местом оказывается собственно флэш-память (да, это возможно и присуще не только механике), приводит к тому, что четыре линии третьей версии PCIe на этом накопителе обгоняют одну первой примерно в 3,5 раза - теоретическая же пропускная способность этих двух случаев различается в 16 раз. Из чего, разумеется, не следует, что нужно спешно бежать осваивать совсем медленные интерфейсы - их время ушло безвозвратно. Просто многие возможности быстрых интерфейсов могут быть реализованы лишь в будущем. Или в условиях, с которыми обычный пользователь обычного компьютера никогда в жизни непосредственно не столкнется (за исключением любителей меряться известно чем). Собственно, и всё.

Коротко об истории...

Впервые отдельный интерфейс, призванный стать заменой шины PCI для видеокарт, был представлен в 1997 году. AGP (от англ. Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) - именно так представила свою новую разработку компания Intel одновременно с официальным анонсом чипсета для процессоров Intel Pentium II.

Заявленные преимущества AGP перед его предшественником PCI были существенны:

• более высокая частота работы (66 МГц);
• увеличенная пропускная способность между видеокартой и системной шиной;
• прямая передача информации между видеокартой и оперативной памятью, минуя процессор;
• улучшенная система питания;
• высокоскоростной доступ к общей памяти.

Должного развития стандарт AGP 1x (спецификация AGP 1.0) не получил из-за низкой скорости работы с памятью и был практически сразу же усовершенствован, а его скорость удвоена - так появился интерфейс AGP 2x. Передавая за один такт 32 бита (4 байта), порт AGP 2x мог выдавать невиданную по тем временам пиковую производительность 66.6х4х2=533 М B / s .

В 1998 году увидел свет стандарт AGP 4x (спецификация AGP 2.0), обеспечивающий передачу до 4 блоков информации за один такт. При этом сигнальное напряжение порта было понижено с 3.3 до 1.5 В. Максимальная пропускная способность AGP 4x стала около 1 GB / s . В дальнейшем развитие спецификаций носило затяжной характер - причиной тому послужила весьма низкая скорость существовавшего на тот момент парка видеоускорителей, а также низкая скорость обмена с оперативной памятью.

Как только технический прогресс "уперся" в шину, которая оказалась слишком мала для передачи огромных потоков информации современными видеокартами, был утвержден новый стандарт - AGP 8x (спецификация AGP 3.0). Как вы уже догадались, он может передавать до 8 блоков информации за один такт и обладает пиковой пропускной способностью 2 GB / s . Шина AGP 8x имеет обратную совместимость с AGP 4x.

Отрасль высоких технологий всегда идет стремительно ввысь. Наращиваются объемы передаваемых и пропускаемых данных, растут текстуры и их качество, все это непременно заставляет каждого из производителей устраивать себе встряску и выдавать "на-гора" что-нибудь новенькое и высокотехнологичное (стандарт, спецификации, протокол, интерфейс), который свяжет с собой новый виток в сфере hi - tech .

Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года, тем самым был ознаменован день постепенного "ухода из жизни" AGP 8x…

Введение

На данный момент современный набор логики Intel P45/X48 имеет официальную поддержку спецификаций PCI Express 2.0, чем не мог похвастаться весьма распространенный Intel P35. Для тех, кто еще только собирается приобрести современную плату на платформе Intel, выбор остается вполне очевидным - чипсет P45/X48, и у вас не возникнет дилеммы "хватит или не хватит" PCI Express 1.1 для нынешней hi-end или middle-end видеокарты. А как же быть владельцам P35-ых? Стоит ли снова бежать в магазин?

В нашем сегодняшнем материале мы попытаемся расставить все точки над "I" касательно преимуществ PCI-E 2.0 над PCI-E 1.1 для современных ускорителей. Также экспериментальным путем мы проанализируем производительность видеокарт при работе с различными интерфейсами, на основе чего и будет сделан вывод о практической ценности PCI-E 2.0.

И перед тем, как приступить к каким-либо объективным тестам, давайте немного углубимся в теорию, а именно разберемся, как вообще это все работает.

PCI - Express - коротко о главном

Как уже упоминалось выше, базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года. Благодаря высокой скорости и пиковой производительности шина PCI Express не оставляет шансов своему предшественнику AGP. По своей программной модели новый интерфейс PCI-E во многом аналогичен PCI, что позволяет легко адаптировать нынешний парк всевозможных устройств к новому интерфейсу без значительных софтверных "подгонок".

Принцип работы PCI Express основан на последовательной передаче данных. Шина представляет собой пакетную сеть с топологией типа "звезда". При взаимодействии PCI-E устройств используется двунаправленное соединение типа "точка-точка", получившее название "Line" (линия). Каждое соединение PCI Express может состоять из одной (1х) или множества линий (4х, 16х и т.д).

Для базовой конфигурации PCI-Express 1х теоретическая пропускная способность составляет 250 MB/s в каждом направлении (передача/прием). Соответственно, для PCI-E x16 это значение равно 250 MB/s х 16 = 4 GB/s.

Примечателен тот факт, что с физической стороны интерфейс позволяет, например, любой плате с интерфейсом PCI-E 1х уверенно работать не только в штатном, но и в любом другом слоте PCI Express большей пропускной способности (4х, 16х и т.д.). При этом максимальное количество задействованных линий зависит только от свойств устройства.

Во всех высокоскоростных протоколах всегда остро встает вопрос помехозащищенности. На этот счет в PCI Express используется уже давно известная схема 8/10 или избыточного трафика (8 бит данных, передаваемых по каналу, заменяются на 10 бит, таким образом, генерируется дополнительная информация, около 20% от общего "потока").

PCI Express 2.0

Стандарт был официально утвержден 15 января 2007 года. Во второй ревизии PCI Express значительно увеличилась пропускная способность одного канала - до 5 Gb/s (PCI Express 1.x - 2.5 Gb/s). Это означает, что теперь для линии x16 максимальная скорость передачи данных может достигать 8 GB/s в обоих направлениях против 4 GB/s для старого PCI Express 1.х.

Примечательным фактом является то, что PCI Express 2.0 полностью совместим с PCI Express 1.1. На деле это означает, что старые видеокарты буду спокойно работать в системных платах с новыми разъемами, и новые видеоадаптеры будут без проблем работать в старых разъемах стандарта PCI Express 1.х.

Пожалуй, на этом с теорией и основными особенностями PCI Express давайте закруглимся, пора приступать к соответствующим тестам, чем мы, собственно говоря, и займемся, правда, чуть ниже, а пока давайте детально познакомимся с участниками тестирования.

Об участниках тестирования

К сожалению, охватить больший набор графических ускорителей на момент тестирования не представлялось возможным, что в последующем мы обязательно исправим. Видеокарты класса Low-End исключены из тестов преднамеренно, так как они малопригодны для режимов с высоким разрешением (свыше 1280х1024) при максимальной детализации картинки, где как раз и могут быть выявлены преимущества PCI-E 2.0 над младшим PCI-E 1.1.

Видеокарта	Poin Of View GeForce GTX 280	POV GeForce 9600 GT 512 MB Extreme Overclock	Palit HD 4850 Sonic
Кодовое название чипа
Техпроцесс

1. Здравствуйте! Объясните пожалуйста разницу в пропускной способности между интерфейсом PCI Express 3.0 x16 и PCI Express 2.0 x16. Сейчас ещё есть в продаже материнские платы с интерфейсом PCI Express 2.0 x16. Я с ильно потеряю в производительности видюхи, если установлю новую видеокарту интерфейса PCI Express 3.0 на компьютер с материнской платой, где есть только разъём PCI-E 2.0? Думаю что потеряю, ведь суммарная скорость передачи данных у PCI Express 2.0 равна - 16 ГБ/с, а суммарная скорость передачи данных у PCI Express 3.0 в два раза больше - 32 ГБ/с.
2. Привет! У меня компьютер с мощным, но уже не новым процессором Intel Core i7 2700K и материнской платой, на которой имеется разъём PCI Express 2.0. Скажите, если я куплю новую видеокарту интерфейса PCI Express 3.0, то эта видеокарта будет работать в два раза медленнее, чем если бы у меня была материнка с разъёмом PCI Express 3.0? То есть мне пора менять компьютер?
3. Ответьте пожалуйста на такой вопрос. На моей материнской плате есть два разъёма: PCI Express 3.0 и PCI Express 2.0, но в разъём PCI Express 3.0 новая видеокарта PCI Express 3.0 не лезет, мешает радиатор южного моста. Если я установлю видеокарту PCI-E 3.0 в слот PCI-E 2.0, то моя видеокарта будет работать хуже, чем если бы она была установлена в слот PCI Express 3.0 ?
4. Здравствуйте, хочу купить у приятеля за две тысячи рублей немного бывшую в употреблении материнскую плату. Три года назад он покупал её за 7000 рублей, но меня смущает то, что на ней слот для видеокарты интерфейса PCI-E 2.0, а видеокарта у меня PCI-E 3.0. Моя видеокарта на этой материнской плате будет работать на полную мощность или нет?

Привет друзья! На сегодняшний день в продаже можно встретить материнские платы с разъёмом для установки видеокарт PCI Express 2.0 x16, так и PCI Express 3.0 x16. Тоже самое можно сказать и о графических адаптерах, в продаже встречаются видеокарты с интерфейсом PCI-E 3.0, а также PCI-E 2.0. Если смотреть официальные характеристики интерфейсов PCI Express 3.0 x16 и PCI Express 2.0 x16, то вы узнаете, что суммарная скорость передачи данных у PCI Express 2.0 равна - 16 ГБ/с, а у PCI Express 3.0 она в два раза больше - 32 ГБ/с. Не буду углубляться в дебри специфики работы этих интерфейсов и просто скажу вам, что такая большая разница в скорости передачи данных видна лишь в теории, на практике же она очень небольшая. Если читать статьи на эту тему в интернете, то вы придёте к выводу, что современные видеокарты интерфейса PCI Express 3.0 работают с одинаковой скоростью в разъёмах PCI Express 3.0 x16 и PCI Express 2.0 x16 и разница в пропускной способности между PCI-E 3.0 x16 и PCI-E 2.0 x16 составляет всего 1-2% потери производительности видеокарты . То есть, всё равно в какой слот вы установите видеокарту, в PCI-E 3.0 или PCI-E 2.0, работать всё будет одинаково.

Но к сожалению все эти статьи написаны в 2013 и 2014 году и в то время не было таких игр, как Far Cry Primal, Battlefield 1 и других новинок, появившихся в 2016 году. Также в 2016 году увидело свет семейство графических процессоров NVIDIA 10-ой серии, к примеру видеокарты GeForce GTX 1050 и GeForce GTX 1050 Ti и даже GTX 1060. Мои эксперименты с новыми играми и новыми видеокартами показали, что преимущество интерфейса PCI-E 3.0 над PCI-E 2.0 уже далеко не 1-2%, а в среднем 6-7%. Что интересно, если видеокарта ниже классом, чем GeForce GTX 1050 , то процент меньше (2-3 %) , а если наоборот, то больше - 9-13%.

Итак, в своём эксперименте я использовал видеокарту GeForce GTX 1050 интерфейса PCI-E 3.0 и материнскую плату с разъёмами PCI Express 3.0 x16 и PCI Express 2.0 x16.

Н астройки графики в играх везде максимальные.

1. Игра FAR CRY PRIMAL. Интерфейс PCI-E 3.0 показал преимущество над PCI-E 2.0, так как всегда выше на 4-5 кадров, что в процентом соотношении примерно 4 % %.
2. Игра Battlefield 1.Отрыв PCI-E 3.0 от PCI-E 2.0 составил 8-10 кадров , что в процентом соотношении примерно 9 %.
3. Rise of the Tomb Raider. Преимущество PCI-E 3.0 составляет в среднем 9- 10 fps или 9 %.
4. Ведьмак. Преимущество PCI-E 3.0 составил 3 %.
5. Grand Theft Auto V. Преимущество PCI-E 3.0 составляет 5 fps или 5 %.

То есть, разница в пропускной способности между интерфейсом PCI-E 3.0 x16 и PCI-E 2.0 x16 всё же есть и не в пользу PCI-E 2.0. Поэтому я бы не стал покупать на данный момент материнскую плату с одним разъёмом PCI-E 2.0.

Один мой приятель купил бывшую в употреблении материнскую плату за три тысячи рублей. Да, когда-то она была наворочена и стоила около десяти тысяч рублей, на ней много разъёмов SATA III и USB 3.0, также 8 слотов для оперативки, она поддерживает технологию RAID и др, но построена она на устаревшем чипсете и слот для видеокарты на ней PCI Express 2.0! Моё мнение, лучше бы купил . Почему?

Вполне может так случиться, что уже через год-два новейшие видеокарты будут работать только в разъёме PCI Express 3.0 x16 , а на вашей материнке будет морально-устаревший и уже неиспользуемый производителями разъём PCI Express 2.0 x16 . Вы купите новую видеокарту, а она откажется работать в старом разъёме. Лично я уже много раз сталкивался с тем, что видеокарта PCI-E 3.0 не запускалась на мат. плате с разъёмом PCI-E 2.0, и не помогало даже обновление БИОСа материнской платы. Также я имел дело с видеокартами PCI-E 2.0 x16, которые отказывались работать на старых материнских платах с интерфейсом PCI-E 1.0 x16, хотя везде пишут об обратной совместимости. Случаев, когда видеокарта PCI Express 3.0 x16 не заводилась на материнках с PCI Express 1.0 x16, ещё больше.

Ну и не забудьте о появлении уже в этом году интерфейса PCI Express 4.0. В этом случае устаревшим окажется уже PCI Express 3.0.